Một số hành vi phức tạp trong tiến hóa sinh học rất khó quan sát qua các bằng chứng hóa thạch. Hành vi chăm sóc con cái (chỉ việc bố mẹ bảo vệ và nuôi dưỡng con cái) là một hành vi thích nghi quan trọng xuất hiện trong quá trình tiến hóa của sự sống cao cấp, đồng thời là chìa khóa cho tính xã hội của động vật thuộc lớp chân khớp. Hành vi chăm sóc con cái đã nhiều lần phát triển độc lập trong lịch sử tiến hóa của sự sống, phổ biến ở côn trùng và các động vật chân khớp khác, cũng như ở các động vật có xương sống như động vật có vú, chim, khủng long, v.v.
Nghiên cứu của nhóm nghiên cứu do nhà nghiên cứu Huang Diyi từ Viện Cổ Sinh vật học Nam Kinh dẫn đầu đã phân tích sự tiến hóa hệ thống và hình thái chức năng vi mô của hóa thạch côn trùng thuộc họ Chôn trôn từ các quần xã sinh vật như nhóm sinh vật Đạo Hổ ở thời kỳ giữa Jura (khoảng 165 triệu năm trước), nhóm sinh vật Nhiệt Hà ở thời kỳ đầu kỷ Phấn Trắng (khoảng 125 triệu năm trước) và hóa thạch hổ phách Myanmar từ thời kỳ đầu kỷ Phấn Trắng muộn (khoảng 99 triệu năm trước), phương pháp này đã giải mã hành vi chăm sóc con cái của côn trùng chôn trôn sống trong kỷ Mesozoic, làm sáng tỏ những bí ẩn về sự tiến hóa của một số đặc điểm hành vi phức tạp trong các loài bọ nhỏ này.
Bên trái: Hóa thạch côn trùng chôn trôn từ nhóm sinh vật Đạo Hổ ở giữa Jura (165 triệu năm trước); ở giữa: Hóa thạch côn trùng chôn trôn từ nhóm sinh vật Nhiệt Hà (125 triệu năm trước); bên phải: Hóa thạch côn trùng chôn trôn trong hổ phách Myanmar từ giai đoạn đầu kỷ Phấn Trắng muộn (99 triệu năm trước)
Côn trùng thuộc họ Chôn trôn (Silphidae) là một nhóm nhỏ trong bộ côn trùng có cánh cứng, với chưa đến 200 loại hiện hành. Sự quan tâm của các nhà khoa học đối với côn trùng chôn trôn thường không phải ở phân loại học, mà ở hành vi phức tạp của chúng, chẳng hạn như lối sống xã hội cận, hành vi chăm sóc con cái, thói quen ăn xác thối và đặc điểm chôn thức ăn. Do hóa thạch côn trùng chôn trôn rất hiếm, nguồn gốc, cơ chế nền tảng và sự phát triển tiến hóa của những hành vi phức tạp này đều chưa rõ ràng. Hóa thạch côn trùng chôn trôn duy nhất hiện có đến từ quần xã sinh vật Florissant ở Colorado, Hoa Kỳ, giai đoạn muộn Eocen (khoảng 35 triệu năm trước). Gần đây, Huang Diyi cùng với nghiên cứu sinh tiến sĩ Cai Chenyang và những người khác đã phát hiện ra một lượng lớn hóa thạch côn trùng chôn trôn từ kỷ Mesozoic, bao gồm 37 mẫu từ nhóm sinh vật Đạo Hổ, 5 mẫu từ nhóm sinh vật Nhiệt Hà và 6 cá thể từ hổ phách Myanmar thời kỳ đầu kỷ Phấn Trắng muộn, phát hiện các cấu trúc phát âm và cảm biến hóa học ở đuôi và tua râu của hóa thạch côn trùng chôn trôn dưới kính hiển vi electron, cung cấp những hiểu biết mới để hiểu hành vi phức tạp của côn trùng chôn trôn.
Ảnh kính hiển vi điện tử của âm thanh và cảm biến hóa học ở côn trùng chôn trôn hiện đại và hóa thạch
Phát hiện hóa thạch côn trùng chôn trôn từ nhóm sinh vật Đạo Hổ đã đẩy lùi hồ sơ hóa thạch của họ Chôn trôn lên tới 130 triệu năm, nhưng những côn trùng chôn trôn cổ đại này và các loài hiện đại dường như không có sự khác biệt lớn về hình thái, chẳng hạn như: tua râu hình que, tấm ngực giữa lớn, cánh cứng ngang — cho thấy sự ổn định hình thái của côn trùng chôn trôn trong suốt 165 triệu năm qua. Qua quan sát vi cấu trúc dưới kính hiển vi electron, phát hiện rằng các hóa thạch côn trùng chôn trôn có các cảm biến hóa học nhỏ ở đầu tua râu, cũng như các loài hiện đại, chúng có hai loại cảm biến hình cầu và hình nón. Côn trùng chôn trôn hiện đại phụ thuộc vào các cảm biến hóa học này để tìm kiếm mùi hôi của xác thối, vì chúng là động vật ăn xác — tiêu thụ thi thể của động vật có vú và chim đã phân hủy. Trong thời kỳ giữa Jura, trước khi ruồi xanh (các loài thường thấy như ruồi đầu đỏ, có ấu trùng là dòi) xuất hiện, côn trùng chôn trôn đã xuất hiện nhiều trong hệ sinh thái, đóng vai trò quan trọng như một người dọn dẹp.
Hóa thạch côn trùng chôn trôn từ nhóm sinh vật Nhiệt Hà có vẻ không khác biệt rõ ràng so với nhóm Đạo Hổ, nhưng trên vỏ bụng thứ ba có sự phát triển của hai hàng cấu trúc răng nhỏ tạo thành âm thanh, và cánh cứng bên trong tạo ra âm thanh khi ma sát. Côn trùng chôn trôn hiện đại tạo ra lỗ để đẻ trứng trong xác thối và nuôi dưỡng một lứa ấu trùng bên trong, với “bố mẹ” chăm sóc con cái, đây là một hành vi cha mẹ điển hình, tạo thành sự phân công xã hội đơn giản, nhưng chưa hình thành chế độ phân cấp nghiêm ngặt, vì vậy côn trùng chôn trôn được gọi là côn trùng bán xã hội. Trong quá trình chăm sóc con cái, âm thanh nhỏ này đóng một vai trò rất quan trọng. Một trong những kẻ thù chính của côn trùng chôn trôn hiện đại là một số loại côn trùng thuộc họ Scydmaenidae, với hàm lớn và là kẻ săn mồi dữ dội. Cai Chenyang trong nghiên cứu luận án tiến sĩ của mình đã phát hiện ra phần lớn hồ sơ hóa thạch của họ Scydmaenidae từ thời kỳ Mesozoic, trong khi những kẻ săn mồi dữ dội thuộc họ Scydmaenidae này cũng xuất hiện trong nhóm sinh vật Nhiệt Hà, thậm chí cùng từ một địa điểm hóa thạch với côn trùng chôn trôn. Do đó, có lý do để tin rằng những kẻ săn mồi lớn này có thể là kẻ thù của côn trùng chôn trôn vào thời điểm đó. Côn trùng chôn trôn có thể phát ra tiếng kêu sắc nhọn từ việc ma sát cánh cứng với âm thanh để đe dọa kẻ săn mồi khi bị tấn công. Có lẽ chính sự xuất hiện của những kẻ thù chết người này đã dẫn đến sự phát triển của âm thanh chôn trôn vào kỷ Phấn Trắng, thể hiện một chiến lược sinh tồn tinh tế. Hơn nữa, âm thanh phỏng vấn cũng là một phương tiện giao tiếp quan trọng giữa ấu trùng. Nhờ vào sự xuất hiện của âm thanh, côn trùng chôn trôn trong nhóm sinh vật Nhiệt Hà đã bắt đầu phát triển những thói quen chăm sóc con cái ban đầu, như bảo vệ ấu trùng.
Bản khôi phục sinh thái của côn trùng chôn trôn kỷ Phấn Trắng
Hóa thạch côn trùng chôn trôn từ nhóm sinh vật Nhiệt Hà có niên đại sớm hơn các hồ sơ địa chất của các côn trùng xã hội khác, chẳng hạn như: kiến đầu tiên được phát hiện trong hổ phách Pháp từ giữa kỷ Phấn Trắng (khoảng 100 triệu năm trước); loài ong đầu tiên có thể xuất hiện trong hổ phách Myanmar (khoảng 99 triệu năm trước); còn các tổ mối sớm nhất hiện biết cũng hơi muộn hơn so với nhóm sinh vật Nhiệt Hà. Do đó, phát hiện côn trùng chôn trôn bán xã hội từ nhóm sinh vật Nhiệt Hà cũng là hồ sơ hóa thạch của côn trùng (bán) xã hội sớm nhất.
Mặc dù hóa thạch côn trùng chôn trôn từ nhóm Đạo Hổ và Nhiệt Hà cho thấy các đặc điểm tiến hóa đình trệ cao, nhưng đặc điểm của tua râu vẫn có sự khác biệt với các loài hiện đại và thuộc loại tuyệt chủng. Trong hổ phách Myanmar khoảng 100 triệu năm trước lần đầu tiên phát hiện hóa thạch côn trùng chôn trôn có tua râu 8-10 đốt dạng phiến hóa đặc trưng, không có sự khác biệt rõ rệt về hình thái so với loại hiện đại, có thể được đưa vào chi Nicrophorus hiện hành. Sự kỳ lạ nhất của chi Nicrophorus là chôn xác động vật có vú nhỏ và chim (thông thường dưới 200g) dưới đất mềm để tạo ra xác thối, và đẻ trứng trên đó để làm nguồn thực phẩm cho ấu trùng lâu dài. Bằng chứng hóa thạch của nhóm sinh vật Nhiệt Hà cho thấy vào thời điểm đó, chim và động vật có vú đã xuất hiện sự phân hóa rõ ràng và nhỏ lại. Do đó, một số côn trùng chôn trôn cũng có thể đã hình thành hành vi chăm sóc con cái phức tạp bằng cách chôn xác động vật có vú nhỏ hoặc chim để lưu trữ thực phẩm cho ấu trùng và nuôi dưỡng con cái vào giữa kỷ Phấn Trắng.
Sự ổn định hình thái của côn trùng chôn trôn kỷ Mesozoic cho thấy sự khởi nguồn của họ Chôn trôn có thể quay ngược trở lại thời kỳ cuối kỷ Tam Điệp, cùng với sự xuất hiện của các động vật có vú, tổ tiên của một số loài côn trùng chôn trôn đã hình thành thói quen ăn xác đặc trưng và cấu trúc hình thái thích hợp, và do đó tách rời khỏi tổ tiên của họ Scydmaenidae để hình thành nhóm độc lập. Trong suốt lịch sử địa chất dài, sự ổn định trong lối sống và nguồn thức ăn đã quyết định sự thay đổi hình thái của côn trùng chôn trôn là rất nhỏ.
Những từ khóa động vật: côn trùng chôn trôn, bọ cánh cứng, côn trùng, chi Nicrophorus, họ Chôn trôn
